低頻荷載下PVDF壓電薄膜檢測電路的研究

孫晶晶，宋壽鵬，鮑業如，王希飛，劉文龍

(江蘇大學 儀器科學與工程系，江蘇 鎮江 212013)

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低頻荷載下PVDF壓電薄膜檢測電路的研究

孫晶晶，宋壽鵬，鮑業如，王希飛，劉文龍

(江蘇大學 儀器科學與工程系，江蘇 鎮江 212013)

針對PVDF壓電薄膜傳感器內阻大、低頻荷載下輸出信號微弱以及易受外界噪聲干擾的問題，設計了一種由雙電容負反饋差分電荷放大電路和二階低通濾波電路組成的檢測電路。在0.2 ～20 Hz低頻荷載下分別用該檢測電路和傳統檢測電路對PVDF壓電薄膜傳感器進行檢測，并將實驗結果進行了對比分析。結果表明，該檢測電路的輸出電壓幅值提高了90%，且具有較強的抗干擾能力，能降低后級電路信號處理的難度。

PVDF壓電薄膜；低頻；電荷放大電路；濾波電路

PVDF薄膜厚度通常為幾十μm，用其制成的傳感器響應較快(ns量級)，靈敏度較高，在0～20 GPa范圍內均有較好的信號輸出[1-3]。但由于PVDF傳感器內阻大，且低頻輸出信號微弱[4-5]。因此，PVDF薄膜傳感器低頻荷載條件下的測試存在以下不足：(1)輸入電荷易通過放電回路泄露；(2)電荷放大電路的輸入阻抗較高易受外界干擾，從而使電荷放大器引入共模干擾。傳統的電荷放大電路對輸入電荷不能完全積累且有用信號中混入較多的噪聲。本文使用的雙電容負反饋差分電荷放大電路，增加了電荷的積累量，同時也能抑制共模干擾，提高了PVDF薄膜傳感器低頻荷載條件下的測量精度。

1 電路設計

1.1 電荷放大器

PVDF薄膜傳感器的輸出阻抗較高，為實現將高輸出阻抗變為低輸出阻抗，且放大輸出的微弱信號，需要在檢測電路中接入電荷放大電路[6-8]。……